星上比辐射定标器及性能评估方法研究

深低温星上定标黑体源研究董惠文1，练敏隆1，马思宇1，李洋1，裴景洋1，于志1，凤晓华2（1.北京空间机电研究所，北京 100094； 2.中国科学院宁波材料技术与工程研究所，浙江宁波 315201）摘要：为匹配红外空间载荷低温光学镜头的光学性能，降低背景噪声，实现载荷高精度星上定标，研制了一种基于制冷机主动制冷的深低温星上定标黑体源装置（低温100 K工作），该星载黑体源装置由面黑体辐射体、低温制冷机主动制冷系统、冷量传输热管及精密测控温系统组成，通过载荷级真空辐射定标实验校验，最终实现红外遥感器对星上定标黑体源宽光谱（2 ~ 16 μm）、高发射率（0.987）、深低温（100 K）的高精度定标源需求。

该深低温星上定标黑体源可用于对极远极冷极弱目标探测的红外载荷星上辐射定标，其高精度、低功耗、通用性的工程化设计方法，为后续相关研究及推广提供技术支撑。

关键词：深低温；星上定标黑体；真空辐射定标中图分类号：TB94 文献标志码：A 文章编号：1674-5795（2023）06-0067-09Development of deep cryogenic onboard calibration blackbody sourceDONG Huiwen1, LIAN Minlong1, MA Siyu1, LI Yang1, PEI Jingyang1, YYU Zhi1, FENG Xiaohua2(1.Beijing Institute of Space Mechanical and Electrical Engineering， Beijing 100094, China；2.Ningbo Institute of Materials Technology & Engineering, Chinese Academy of Sciences， Ningbo 315201, China)Abstract: In order to match the optical performance of low⁃temperature optical lenses of infrared space payloads, re⁃duce background noise, and achieve high⁃precision on⁃board calibration of payloads, a deep⁃low temperature on⁃board calibration blackbody source device based on active refrigeration (operating at a low temperature of 100 K) was proposed. The spaceborne blackbody source device is composed of a face⁃blackbody radiator, an active refrigeration system of a low temperature chiller, a heat pipe of cooling capacity transmission, and a precise temperature measurement and control sys⁃tem. It was verified through vacuum radiation calibration experiment that the requirements of infrared remote sensors for the on⁃board calibration blackbody source: wide spectrum (2 ~ 16 μm), high emissivity (0.987) and deep low temperature (100 K) were achieved. The blackbody source for calibration on a cryogenic satellite can be used for on⁃board radiation calibration of infrared payloads for the detection of extremely distant, extremely cold and weak targets. The high precision, low power consumption and universal engineering design method of the calibration source provides technical support for subsequent related research and promotion.Key words: deep cryogenic temperature; onboard calibration blackbody source; vacuum radiation calibration0　引言红外光学遥感载荷可应用于实现资源普查、环境监测、海洋观测、气象分析、深空探测、空间引力波探测、天文观测等领域。

CBERS-04卫星宽视场成像仪在轨场地辐射定标CBERS-04卫星宽视场成像仪在轨场地辐射定标的论文摘要：本文利用CBERS-04卫星宽视场成像仪在轨数据和地面辐射定标数据，通过大气透过率模型的建立和实验测量数据的处理，完成了CBERS-04卫星宽视场成像仪在轨场地辐射定标。

结果表明，CBERS-04卫星宽视场成像仪在轨场地辐射定标精度符合要求，可为遥感应用提供有效数据支持。

关键词：CBERS-04；宽视场成像仪；场地辐射定标；大气透过率模型1. 前言CBERS-04卫星宽视场成像仪作为中国与巴西国际合作项目的一部分，于2014年成功发射。

该设备采用多光谱和波段对地观测，对土地利用、资源调查和环境监测等领域具有广泛的应用价值。

然而，卫星数据的定量分析需要在地面进行辐射定标，通常利用大气透过率模型完成宽视场成像仪光谱响应的估算。

因此，CBERS-04卫星宽视场成像仪在轨场地辐射定标是实现精准遥感应用的重要基础。

2. 大气透过率模型的建立大气透过率模型是用来描述大气对太阳辐射和地球表面反射辐射的吸收和散射情况的数学模型。

本文采用了MODTRAN软件模型和实验测量数据相结合的方法，建立CBERS-04卫星宽视场成像仪光学长光程大气透过率模型。

模型中包括对流层、平流层和臭氧吸收等五种离子吸收，准确地模拟了光线在穿过大气时的吸收和散射情况。

模型的出模精度经过对比实际测量数据检验，符合CBERS-04卫星宽视场成像仪精度要求。

3. 场地辐射定标的方法CBERS-04卫星宽视场成像仪在轨场地辐射定标主要包括反射率定标和辐射温度定标。

反射率定标主要通过选取已知地物，如稳定的混凝土路面和建筑物顶面等，计算它们的地表反射率。

通过经典的黑体辐射源法和码装法，测量已知地物的表面温度和CBERS-04卫星宽视场成像仪对应的亮度温度，得出辐射温度定标系数。

4. 实验结果本文将建立的大气透过率模型和反射率、辐射温度定标系数应用于CBERS-04卫星宽视场成像仪在轨数据处理中，取得了显著成果。

“资源三号”卫星在轨几何定标及精度评估资源三号卫星是我国的一颗高分辨率遥感卫星，拥有优秀的地理信息获取能力，可以高效地获取各种地理信息数据。

在资源三号卫星的使用中，轨道几何定标和精度评估是非常重要的内容。

本文对资源三号卫星在轨道几何定标和精度评估方面的研究进行了探讨，并从多个角度对其进行了评估。

一、轨道几何定标1.概念轨道几何定标是通过同步地面观测模拟星在不同时刻的实际位置，矫正星像的位置，使其与地表目标的位置相对应，从而获得正确的地表坐标信息。

这样可以有效地提高遥感图像的几何精度。

2.定标方法资源三号卫星使用的定标方法主要有两个：射影度量法和自校正法。

射影度量法是资源三号卫星主要的定标方法，其具体步骤为：在卫星轨道上选取地面控制点，测量其坐标，同时记录摄像机的姿态参数和遥感数据。

通过这些信息计算卫星像平面与地平面之间的转换关系，并对数据进行校正，得到更为准确的几何位置信息。

自校正法则是通过卫星自身的姿态变化，自动计算摄像机的姿态参数和地面坐标，然后校正遥感图像。

3.定标精度通过多年的实践，资源三号卫星的射影度量法定标精度可以达到亚像元级别，而自校正法定标精度则可以达到亚米级别。

这些计算的结果表明，资源三号卫星具有较高的定标精度。

二、精度评估1. 概念精度评估是对资源三号卫星遥感图像进行质量检测的过程，主要包括几何精度、光谱精度、辐射精度等评估标准，检测图像的准确性、一致性以及空间分辨率。

2. 精度评估指标（1）几何精度：主要包括位置定位、重叠度、标准误差等。

这些指标反映了图像空间信息的一致性程度。

（2）光谱精度：主要包括光谱分辨率、光谱响应等。

这些指标反映了图像在波长上的分辨能力。

（3）辐射精度：主要包括辐射分辨率、辐射均匀性、辐射灵敏度等。

这些指标反映了图像在辐射方面的质量。

3. 精度评估方法目前，国内外普遍采用的精度评估方法主要有点对点比对法、控制场加密法、人工解译法和统计分析法等。

点对点比对法是通过选取一些地面控制点，在遥感图像和真实地面图像中进行比对，计算二者之间的误差。

gf1b 辐射定标
摘要：
1.辐射定标的概念和意义
2.辐射定标的方法
3.辐射定标的应用
4.辐射定标的发展趋势
正文：
辐射定标是遥感技术中的一项重要工作，它主要是通过在地面上设立一些标志物，然后通过遥感器对这些标志物进行观测，从而确定遥感图像的辐射值。

这样一来，就可以将遥感图像的辐射值转化为实际的地面反射率，从而更准确地反映出地面的真实情况。

辐射定标的方法主要有两种，一种是基于模型的定标方法，另一种是基于数据的定标方法。

基于模型的定标方法是通过建立遥感图像辐射值和地面反射率之间的模型，从而实现辐射值的定标。

而基于数据的定标方法则是通过大量的已定标的地面数据，建立遥感图像辐射值和地面反射率之间的对应关系，从而实现辐射值的定标。

辐射定标在遥感技术中有着广泛的应用，它可以用于气象、环境监测、城市规划等领域。

例如，在气象领域，通过辐射定标，可以更准确地获取云层、大气等的辐射信息，从而提高天气预报的准确度。

随着遥感技术的发展，辐射定标的技术也在不断进步。

DN值（Digital Number ）：遥感影像像元亮度值，记录地物的灰度值。

无单位，是一个整数值，值大小与传感器的辐射分辨率、地物发射率、大气透过率和散射率等相关。

反映地物的辐射率radiance地表反射率：地面反射辐射量与入射辐射量之比，表征地面对太阳辐射的吸收和反射能力。

反射率越大，地面吸收太阳辐射越少；反射率越小，地面吸收太阳辐射越多，表示：surface albedo表观反射率：表观反射率就是指大气层顶的反射率,辐射定标的结果之一，大气层顶表观反射率，简称表观反射率，又称视反射率。

英文表示为：apparent reflectance4、行星反射率：从文献“一种实用大气校正方法及其在ＴＭ影像中的应用”中看到“卫星所观测的行星反射率（未经大气校正的反射率）”；在“基于地面耦合的TM影像的大气校正-以珠江口为例”一文有“该文应用1998年的LANDSAT5 TM影像,对原始数据进行定标、辐射校正,求得地物的行星反射率”。

因此行星反射率就是表观反射率。

英文表示：planetary albedo，辐射校正VS. 辐射定标辐射校正：Radiometric correction 一切与辐射相关的误差的校正。

目的：消除干扰，得到真实反射率的数据。

干扰主要有：传感器本身、大气、太阳高度角、地形等。

包括：辐射定标，大气纠正，地形对辐射的影响辐射定标：Radiometric calibration 将记录的原始DN值转换为大气外层表面反射率（或称为辐射亮度值）。

用户需要计算地物的光谱反射率或光谱辐射亮度时，或者需要对不同时间、不同传感器获取的图像进行比较时，都必须将图像的亮度灰度值转换为绝对的辐射亮度，这个过程就是辐射定标目的：消除传感器本身的误差，确定传感器入口处的准确辐射值方法：实验室定标、机上/星上定标、场地定标不同的传感器，其辐射定标公式不同。

L=gain*DN+Bias在ENVI4.8中，定标模块：Basic Tools>Preprocessing>Calibration Utilities>模块大气校正：Atmospheric correction 将辐射亮度或者表面反射率转换为地表实际反射率目的：消除大气散射、吸收、反射引起的误差。

成像光谱仪星上定标技术李晓晖;颜昌翔【摘要】成像光谱仪足同时获取地物图像和光谱信息的新一代光学遥感仪器.星上定标是成像光谱仪光谱图像数据定量化应用的基础.本文阐述了成像光谱仪星上定标的原理,按照星上定标采用的参考标准对星上定标技术进行了分类,介绍了星上辐射定标和光潜定标技术,并展望了成像光谱仪未来发展趋势.最后指出,绝对辐射定标已经成为成像光谱仪星上定标的幕本要求,太阳将逐步代替星上标准灯成为绝对辐射标准.基于不同参考标准的定标方法的综合应用将使星上定标精度和可靠性大人提高.随着定标精度的进一步提高,地而光谱定标装置将逐步空间化,基于探测器的星上辐射定标系统也将逐步得到应用.【期刊名称】《中国光学》【年(卷),期】2009(002)004【总页数】7页(P309-315)【关键词】成像光谱仪;星上定标;辐射定标;光谱定标【作者】李晓晖;颜昌翔【作者单位】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033;中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林长春130033【正文语种】中文【中图分类】TP73成像光谱仪是同时获取地物图像和光谱信息的新一代光学遥感仪器［1］，可为农作物估产、矿物勘探、资源普查、环境监测等提供新的研究手段。

按照搭载平台的不同，成像光谱仪可以分为星载成像光谱仪和机载成像光谱仪两大类，本文仅讨论星载成像光谱仪。

成像光谱仪的应用以定量化的数据为基础，因此需要对其进行准确定标。

成像光谱仪的定标包括辐射定标和光谱定标两方面。

辐射定标的任务是利用辐射参考标准，建立成像光谱仪的数字化输出与其接收的地面景物辐亮度之间的换算关系。

光谱定标的任务是确定成像光谱仪各光谱通道的光谱响应曲线及中心波长和半宽度。

发射过程中以及在轨运行期间，星载成像光谱仪的光学、结构和电子学部件会发生性能改变，导致实验室辐射定标建立的数字化输出和地面景物辐亮度之间的关系发生改变，同时也会使像面上谱线位置发生改变。